【正文】 率的變化將增加機(jī)組的負(fù)荷，對(duì)電網(wǎng)沖擊很大?，F(xiàn)在國(guó)際上600KW 以下的機(jī)組，大部分仍在使用該技術(shù)，如 MFG． MICON， BONUS， NORDEX 等著名廠商都采用該技術(shù)。在高于額定風(fēng)速的條件下，氣流的攻角增大到失速條件，使?jié){葉的表面產(chǎn)生渦流，效率降低，達(dá)到限制功率的目的。 在風(fēng)力 發(fā)電技術(shù)方面，目前世界上流行的風(fēng)電技術(shù)主要有以下幾種： 1．定漿距調(diào)節(jié)風(fēng)電機(jī)技術(shù)。這一部分是整個(gè)系統(tǒng)的核心，直接影響著整個(gè)系統(tǒng)的性能、效率和電能質(zhì)量，也影響到風(fēng)能吸收裝置的運(yùn)行方式、效率和結(jié)構(gòu)。同時(shí)，風(fēng)力發(fā)電技術(shù)也逐漸成為科研人員研究的熱點(diǎn)。上年數(shù)字增長(zhǎng) 了 70％，這使得中國(guó)裝機(jī)容量達(dá)到 2604MW，成為世界第六大市場(chǎng)。我國(guó)己經(jīng)開(kāi)始了 MW 級(jí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的研發(fā)上作，這是我國(guó)自主研制開(kāi)發(fā)的最大容量風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，將填補(bǔ)中國(guó)風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域的空白。國(guó)產(chǎn)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的開(kāi)發(fā)也取得了一定的成果，其中包括“八五”期間開(kāi)發(fā) 成功的 200kW/250KW 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組和在“九五”期間開(kāi)發(fā)的 600KW 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，并成功地開(kāi)發(fā)了并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的當(dāng)?shù)乜刂坪瓦h(yuǎn)程控制系統(tǒng)，使大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)得到了解決。 1994 年并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組裝機(jī) 30MW，年發(fā)電量 7500 萬(wàn) KWh；到 2021 年底，并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組容量己達(dá)344 MW，年發(fā)電量約 億 KWh，同時(shí)還有 13 萬(wàn)臺(tái)小型獨(dú)立運(yùn)行的風(fēng)力發(fā)電機(jī)在廣大牧區(qū)、海島、有風(fēng)無(wú)電的邊遠(yuǎn)地區(qū)運(yùn)行；到 2021 年底，全國(guó)風(fēng)能資源豐富的 14 個(gè)省 自治區(qū) 已建成風(fēng)電場(chǎng) 40 座，累計(jì)運(yùn)行風(fēng)力發(fā)電機(jī)組 1042 臺(tái)，總?cè)萘窟_(dá) 567MW 以完成整機(jī)吊裝作為統(tǒng)計(jì)依據(jù) 。平均風(fēng)能密度為 100w/m2，可開(kāi)發(fā)的風(fēng)能資源約 2． 53億 KW。據(jù)專(zhuān)家預(yù)測(cè)，我國(guó)風(fēng)能儲(chǔ)量大，分布面廣，全國(guó)大約有 2/3 的地區(qū)為多風(fēng)地帶。風(fēng)電機(jī)組中配備不同類(lèi)型的發(fā)電機(jī)，并輔以相關(guān)的電力電子變流裝置，配合發(fā)電機(jī)進(jìn)行功率控制，就構(gòu)成了形式多樣的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)。槳葉具有良好的空氣動(dòng)力外形，在氣流作用下能產(chǎn)生空氣動(dòng)力使風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)，將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，再通過(guò)變速齒輪箱增速驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)變成電能。 風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì) 風(fēng)力發(fā)電是利用風(fēng)能來(lái)發(fā)電，而風(fēng)力發(fā)電機(jī)組是將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能的機(jī)械設(shè)備。 我國(guó)風(fēng)力發(fā)電新增裝機(jī)速度仍將繼續(xù)保持較快增長(zhǎng)，風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)、并網(wǎng)發(fā)電、風(fēng)電設(shè)備制造等領(lǐng)域成為投資熱點(diǎn)，市場(chǎng)前景看好。其中兆瓦級(jí)風(fēng)電機(jī)組已成為風(fēng)電市場(chǎng)中的主流。 世界上風(fēng)電技術(shù)的開(kāi)發(fā)，近十年來(lái)取得了驚人的進(jìn)步，其中最顯著的是風(fēng)力發(fā)電機(jī)的大型化。 關(guān)鍵詞：變速恒頻；風(fēng)力發(fā)電； 雙饋發(fā)電機(jī)；雙 PWM 勵(lì)磁變頻器 Abstract Variable― speed constantfrequency VSCF operation is a new high efficient technology for power generation， which has a good future in the field of wind power generation． This paper analyzed the performance characteristic of wind turbine and the principle of optimum utilization of windenergy， analyzed the mathematical model of doublyfed induction generator DFIG ， a schematic is given about the power flow in generator． It selected the dual PWM converter aimed at the demand of rotor energy bidirectional flow， the control strategy for VSCF doubly― fed wind power generator based on Stator flux orientation is proposed， realized the optimum utilization of windenergy， analyzed the control strategy of DFIG for unbalanced supply． Using MATLAB the simulation model of VSCF is built，the simulation of the interconnected performance characteristic of VSCF under the proposed control strategy is conducted． Simulation results show that the proposed control strategy is reasonable and feasible． KEYWORDS ： Variable ― speed constant ― frequency ， wind power generation， doublyfed generator,dual PWM excitation frequency converter 第一章 緒論 4 課題的背景 4 風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì) 4 國(guó)內(nèi)風(fēng)力發(fā)電歷史和現(xiàn)狀 4 風(fēng)力發(fā)電發(fā)展方向和趨勢(shì) 5 變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)簡(jiǎn)介 6 鼠籠型異步發(fā)電機(jī)變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng) 6 繞線(xiàn)式異步發(fā)電機(jī)變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng) 7 同步發(fā)電機(jī)變 速恒頻發(fā)電系統(tǒng) 7 雙饋發(fā)電機(jī)變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng) 8 本文主要研究?jī)?nèi)容 9 第二章 風(fēng)力機(jī)和雙饋異步電機(jī)運(yùn)行分析 10 風(fēng)力機(jī)的運(yùn)行特性 10 定漿距情況下風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)最大風(fēng)能追蹤機(jī) 12 雙饋異步電機(jī)基本原理 13 雙饋異步電機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行分析 17 雙饋電機(jī)穩(wěn)態(tài)等效電路 17 第三章 矢量控制技術(shù)研究 20 空間矢量的概念 20 矢量控制的基本思路 20 矢量坐標(biāo)變換及變換矩陣 23 旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系與靜止坐標(biāo)系間的變換 23 三相與兩相坐 標(biāo)系之間的變換 25 本章小結(jié) 26 第四章 變速恒頻雙饋電機(jī)的控制策略 27 雙饋異步發(fā)電機(jī)的控制策略 27 變速恒頻雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)用交流勵(lì)磁電源分析 30 4． 3 定子側(cè) PWM 變換器及其控制 33 轉(zhuǎn)子側(cè) PWM 變換器及其控制 35 DFIG 在兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型 36 DFIG 定子磁鏈定向矢量控制 37 電網(wǎng)不平衡條件下 DFIG 的控制策略 39 本章小結(jié) 42 第五章 無(wú)源性的變速恒頻雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)仿真研究 43 變速恒頻雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組仿 真模型 43 風(fēng)力機(jī)仿真模型 43 雙 PWM 變換器矢量控制系統(tǒng)仿真模型 44 信號(hào)反饋系統(tǒng)仿真模型 45 變速恒頻雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)仿真模型 45 變速恒頻雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組仿真運(yùn)行分析 46 統(tǒng)參數(shù) 46 本章小結(jié) 52 第六章 結(jié)論與展望 53 參考文獻(xiàn) 54 外文翻譯 56 原文 56 譯文 68 第七章 致謝 80 第一章 緒論 課題的背景 近年來(lái)，全球風(fēng)電技術(shù)發(fā)展迅猛，風(fēng)電機(jī)組的可靠性大大提高，發(fā)電成本顯著降低，逐步接近常規(guī)能源發(fā)電的水平。畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )無(wú)源性的變速恒頻雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)控制仿真研究 畢業(yè)論文 題 目 無(wú)源性的變速恒頻雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)控制仿真研究 學(xué)生姓名 學(xué) 號(hào) 專(zhuān)業(yè)班級(jí) 指導(dǎo)教師 學(xué) 院 答辯日期 摘要 變速恒頻發(fā)電技術(shù)是一種新型高效的發(fā)電技術(shù)，在風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域有著良好的應(yīng)用前景。本文分析了風(fēng) 力機(jī)運(yùn)行特性及其最大風(fēng)能追蹤原理，對(duì)雙饋電機(jī)進(jìn)行數(shù)學(xué)分析，給出了功率在雙饋電機(jī)中的流動(dòng)圖解；針對(duì)雙饋電機(jī)轉(zhuǎn)子能量雙向流動(dòng)的要求，選擇了具有能量雙向流動(dòng)能力的雙 PWM 交流勵(lì)磁用變頻器，研究了基于定子磁場(chǎng)定向的變速恒頻雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的控制策略，實(shí)現(xiàn)了最大風(fēng)能追蹤，分析了電網(wǎng)不平衡條件下雙饋電機(jī)的控制策略；基于 MATLAB 軟件建立了變速恒頻雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的仿真模型，針對(duì)提出的控制策略對(duì)變速恒頻雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的并網(wǎng)運(yùn)行特性進(jìn)行了仿真研究，仿真結(jié)果表明了該控制策略的正確性和可行性。風(fēng)電機(jī)組的單機(jī)容量逐步加大， 控制技術(shù)從早期的失速調(diào)節(jié)向變速恒頻發(fā)展；傳動(dòng)技術(shù)從齒輪箱的結(jié)構(gòu)發(fā)展到直接驅(qū)動(dòng)。目前，中大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組已在世界上四十多個(gè)國(guó)家陸地和近海并網(wǎng)運(yùn)行，風(fēng)電增長(zhǎng)率高于其他電源的趨勢(shì)仍在繼續(xù)。而這其中的并網(wǎng)運(yùn)行是 20 世紀(jì) 80 年代興起的一項(xiàng)新能源技術(shù)，一開(kāi)始就受到世界各國(guó)的高度重視，因而迅速實(shí)現(xiàn)了商品化、產(chǎn)業(yè)化，特別是計(jì)算機(jī)與控制技術(shù)的飛速發(fā)展，風(fēng)力發(fā)電控制方式從基本單一的定槳距失速控制向全槳葉 變距和變速控制發(fā)展。因此風(fēng)力發(fā)電機(jī)尤其是變速恒頻雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的研究尤為重要。風(fēng)輪是風(fēng)電機(jī)組最主要的部件，由槳葉和輪轂組成。風(fēng)電機(jī)組中的風(fēng)力機(jī)和 發(fā)電機(jī)是其中的關(guān)鍵部件。 國(guó)內(nèi)風(fēng)力發(fā)電歷史和現(xiàn)狀 我國(guó)地域遼闊，地處北緯陽(yáng)光充沛的亞熱帶地區(qū)。全年平均風(fēng)速 3m/s 及以上的時(shí)間達(dá) 3000― 5000h。我國(guó)風(fēng)力發(fā)電從 20 世紀(jì) 80年代開(kāi)始起步。風(fēng)力發(fā)電作為我國(guó)電力結(jié)構(gòu)中新型分布式供電系統(tǒng)，以其靈活、實(shí)用的方式，為經(jīng)濟(jì)發(fā)展注入活力，取得了可觀的經(jīng)濟(jì)效益和巨大的社會(huì)效益。國(guó)內(nèi)可以制造的其他主要部件包括槳葉、發(fā)電機(jī)、齒輪箱、機(jī)艙、主軸、塔架、偏航系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)等，為我國(guó)大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組國(guó)產(chǎn)化奠定了基礎(chǔ)。 2021 年中國(guó)安裝 l347MW 的風(fēng)電機(jī)，兩倍于其總的裝機(jī)容量。 風(fēng)力發(fā)電發(fā)展方向和趨勢(shì) 風(fēng)能，作為一種綠色能源，日益受到專(zhuān)家學(xué)者的重視。風(fēng)力發(fā)電的過(guò)程就是風(fēng)能經(jīng)由機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能的過(guò)程，其中風(fēng)力發(fā)電機(jī)及其控制系統(tǒng)負(fù)責(zé)將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能。因此，研制適用于風(fēng)電轉(zhuǎn)換的高可靠性、高效率、控制及供電性能良好的發(fā)電機(jī)系統(tǒng)，是風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的研究重點(diǎn)。 這種技術(shù)是典型的丹麥風(fēng)電技術(shù)的核心，其基本原理是利用漿葉翼型本身的失速特性。其優(yōu)點(diǎn)是：調(diào)節(jié)簡(jiǎn)單可靠，控制可大大簡(jiǎn)化；其缺點(diǎn)是：漿葉、塔架等主要受力部件的受力增大。 2．變漿距調(diào)節(jié)風(fēng)電機(jī)技術(shù)。最典型的變漿距調(diào)節(jié)風(fēng)電機(jī)技術(shù) Vestas 技術(shù)，采用高滑差發(fā)電機(jī)，相當(dāng)于在傳動(dòng)鏈中增加了一個(gè)彈性環(huán)節(jié)，使輸出功率的變化大大減少。 3．主動(dòng)定漿距調(diào)節(jié)技術(shù)。目前，國(guó)際上幾大風(fēng)電機(jī)制造商，如 MFG． MICON， BONUS 等，在大于 600KW 風(fēng)電機(jī)上均采用此技術(shù)。輸出功率在額定功率以下時(shí)，調(diào)節(jié)方式與變漿距方式相同；輸出功率在額定功率以上時(shí)，調(diào)節(jié)方式與定漿距方式相同。 4．變速恒頻技術(shù)。目前使用變速恒頻技術(shù)的制造商主要是德國(guó)的 Enercon、荷蘭的 Largeway。但當(dāng)輸出功率大于額定功率，即 風(fēng)速大于額定風(fēng)速后，其調(diào)節(jié)方式將與變漿距方式相同。 變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)簡(jiǎn)介 變速恒頻發(fā)電是 20世紀(jì) 70年代中后期逐漸發(fā)展起來(lái)的一種新型風(fēng)力發(fā)電技術(shù)，非常適用于風(fēng)力、水力等綠色能源開(kāi)發(fā)領(lǐng)域，尤其是在風(fēng)力發(fā)電方面，變速恒頻體現(xiàn)出了顯著的優(yōu)越性和廣闊的應(yīng)用前景： 1．風(fēng)能是一種具有隨機(jī)性、爆發(fā)性、不穩(wěn)定性特征的能源，傳統(tǒng)的恒速恒頻發(fā)電方式由于只能固定運(yùn)行在同步轉(zhuǎn)速上，當(dāng)風(fēng)速改變時(shí)風(fēng)力機(jī)就會(huì)偏離最佳運(yùn)行轉(zhuǎn)速，導(dǎo)致運(yùn)行效率下降，不但 浪費(fèi)風(fēng)力資源，而且增大風(fēng)力機(jī)的磨損。 變速恒頻發(fā)電可以在異步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子側(cè)施加三項(xiàng)低頻電流實(shí)現(xiàn)交流勵(lì)磁，控制勵(lì)磁電流的幅值、頻率、相位實(shí)現(xiàn)輸出電能的恒頻恒壓。控制有功功率可調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)最大風(fēng)能捕獲的追蹤控制；調(diào)節(jié)無(wú)功功率可調(diào)節(jié)電網(wǎng)功率因數(shù)，提高風(fēng)力發(fā)電機(jī)組及電力系統(tǒng)運(yùn)行 的動(dòng)、靜態(tài)穩(wěn)定性。 目前，采用變速恒頻技術(shù)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，由于采用不同類(lèi)型的發(fā)電機(jī)，并輔之相關(guān)的電力電子變流裝置，配合發(fā)電機(jī)進(jìn)行功率控制，就構(gòu)成了形式多樣的變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖 11 所示。 在定子繞組與電網(wǎng)之間增加一個(gè)變頻器環(huán)節(jié)，先整流再逆變就可以把頻率變化的電能轉(zhuǎn)換為與電網(wǎng)頻率相同的恒頻電能送入電網(wǎng)。但是由于變頻器在發(fā)電機(jī)定子側(cè)，變頻器的容量必須與發(fā)電機(jī)的容量相等，導(dǎo)致變頻器體積大、重量大，系統(tǒng)成本昂貴，因此有些文獻(xiàn)又把這種系統(tǒng)配置方式稱(chēng)為全額定值變換。 圖 11 鼠籠型異步發(fā)電機(jī)變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng) 繞線(xiàn)式異步發(fā)電機(jī)變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng) 由于普通異步 電機(jī)的轉(zhuǎn)差變化范圍很小，一般在 5％以?xún)?nèi)，所以其轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速變化范圍也很小，近似可看作恒速。采用這種方式的典型代表是丹麥的風(fēng)電機(jī)組制造商 Vestas 的 V39 型風(fēng)機(jī)，其轉(zhuǎn)差率可達(dá)10％。 同步發(fā)電機(jī)變速恒頻發(fā)電系統(tǒng) 在常規(guī)并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中，同步發(fā)電機(jī)是使用最普遍的。在同步 發(fā)電機(jī)中，發(fā)電機(jī)的極對(duì)數(shù)、轉(zhuǎn)速及頻率之間有著嚴(yán)格不變的固定關(guān)系，以便維持發(fā)電機(jī)的頻率與電網(wǎng)的頻率相同，否則發(fā)電機(jī)將與電網(wǎng)解